1引言

　　由于各種人群的皮膚阻抗的動態(tài)范圍不一樣,，甚至同個人在不同的時間、不同的環(huán)境下皮膚阻抗的動態(tài)范圍也不一樣,。因此,，在皮膚阻抗檢測系統(tǒng)中，刺激器需要根據(jù)不同的人群以及不同的環(huán)境,，產(chǎn)生不同頻率,、不同脈寬的刺激信號，才能保證檢測系統(tǒng)可以測量到人體皮膚的真實阻抗,。

　　MCS-51單片機系統(tǒng)有3個定時器可以產(chǎn)生方波,，而且方波的脈沖頻率及寬度可以由軟件設(shè)定，這種產(chǎn)生脈沖的方式具有很大的靈活性,。上位機軟件LabVIEW同下位機通信時,，將下位機所要產(chǎn)生的脈沖的參數(shù)通過串口傳給下位機，以便實現(xiàn)利用LabVIEW控制單片機產(chǎn)生所需脈沖的目的,。

　　2下位機系統(tǒng)的設(shè)計

　　2.1硬件部分

　　MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能很強的全雙工串行口,，該串行口有4種工作方式。片內(nèi)的定時器/計數(shù)器可以產(chǎn)生波特率,，大小可用軟件設(shè)置,。有2個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF,，接收,、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用十分方便,。對外也有兩條獨立的收,、發(fā)信號線RXD(P3.0)和TXD(P3.1)。

　　本文采用RS 232串行接口標準,，在電氣特性上,，RS232采用負邏輯,，要求高低兩信號間有較大的幅度，標準為：邏輯"1"在-5~-15V之間,，邏輯"0"在+5~+15V之間,。

　　2.2軟件部分

　　MCS-51的定時器0進行兩次計數(shù)。設(shè)P1.0為脈沖發(fā)生端,，當定時器0的第一次計數(shù)結(jié)束后,，將P1.0取反，賦新的初值,，再進行第二次計數(shù),。當?shù)诙斡嫈?shù)結(jié)束后，再一次將P1.0取反,，又賦原來的初值,，進行新一輪的計數(shù)，如此反復即可產(chǎn)生方波,。這樣通過兩次計數(shù)值的不同就可以實現(xiàn)產(chǎn)生不同脈寬及頻率的方波了,。

　　圖1，圖2和圖3給出了單片機程序的詳細流程圖,。其中定時器1工作在方式2,，這是一種自動重裝方式，禁止中斷,，用于產(chǎn)生波特率(該波特率設(shè)置為9 600),。串口工作在方式1，發(fā)送或接受一幀信息為10位,，1位起始位(0),，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位(1)，無奇偶校驗位,。程序還設(shè)定串口中斷優(yōu)先級高于定時器0的中斷優(yōu)先級,。

　　在通信前，上下位機一般會約定一個協(xié)議,，例如在發(fā)送的數(shù)據(jù)前加一個標識段,，一般為一個字節(jié)。當該字節(jié)傳輸正確后,，下位機才可以認為上位機準備發(fā)送數(shù)據(jù)段,。這樣可以避免串口偶爾產(chǎn)生的誤發(fā)信號。

　　程序設(shè)定4個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)段,，是因為上位機一次性要發(fā)完包括高低電平在內(nèi)的兩次定時器的初始值,，而每一個初始值都有兩個字節(jié)。因此下位機判斷一次完整的數(shù)據(jù)段是否發(fā)送完畢,，就是判斷其是否收到了4個字節(jié)的數(shù)據(jù),。

　　3上位機系統(tǒng)的設(shè)計

　　LabVIEW語言是美國國家儀器(NI)公司開發(fā)的一種基于圖形化語言(G語言)的編程語言,，利用該語言編寫的模塊化程序，具有良好的界面,，簡單、直觀,，且易于理解,、調(diào)試和維護。做成的虛擬儀表可以當作許多儀器設(shè)備來使用,，其功能完全由用戶編程定義,。另外，LabVIEW內(nèi)還包含豐富的數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)信號分析以及控制等子程序,，特別適用于數(shù)據(jù)采集、通信處理系統(tǒng),。

　　LabVIEW提供了很多現(xiàn)成的可供調(diào)用的函數(shù)庫,，從底層的GPIB，VXI,，PXI,，串口數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅(qū)動程序；從基本的功能函數(shù)到高級分析庫,，幾乎涵蓋了儀器設(shè)計中需要的所有函數(shù),。同時，LabVIEW還支持用于網(wǎng)絡(luò)通訊的TCP/IP協(xié)議,、動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)和網(wǎng)絡(luò)化多媒體對象技術(shù)(ActiveX)等應用軟件標準,。

　　3.1VISA LabVIEW提供了功能強大的VISA庫

VISA(Virtual InSTrument Software Architecture，虛擬儀器軟件規(guī)范)是用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱,。VISA庫駐留于計算機系統(tǒng)中,，完成計算機與儀器之間的連接，用以實現(xiàn)對儀器的程序控制,，其實質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標準的API(ApplicatiON Programmer Inter-face,，應用程序接口)。正因為如此,，VISA可以連接不同標準的I/O設(shè)備,。

　　VISA本身并不具備編程能力，惟他通過調(diào)用底層的驅(qū)動程序來實現(xiàn)對儀器的編程,。VISA的I/O軟件庫的源程序是惟一的,，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關(guān)，只是提供了標準形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出,。

3.2LabVIEW中利用VISA實現(xiàn)串口通信

　　在LabVIEW中使用串口的基本流程為：先調(diào)用VISA Configure Serial Port來完成串口參數(shù)的初始化設(shè)置,，包括了串口的資源分配,，波特率的設(shè)定，數(shù)據(jù)位,、停止位,、校驗位和流控制等。

　　當某一個串口初始化成功后,，就可以使用該串口進行數(shù)據(jù)的收發(fā),。使用VISA Write進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，使用VISA Read進行數(shù)據(jù)的接收,。在接收數(shù)據(jù)前,，有時需要VISA Bytes at Serial Port查詢當前串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果VISA Read要讀取的字節(jié)數(shù)大于緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù),，VISA Read操作將一直等待,，直至緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)達到要求或是等待時間滿足VISA Configure Serial Port所設(shè)定的Timeout?！　≡趯?shù)據(jù)的連續(xù)性要求不高的時候,，VISA Read也支持分批讀取接收緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)字節(jié)或者只是讀取其中的一部分字節(jié)。

　　在某些特殊的情況下,，可以利用VISA SET I/O Buffer Size設(shè)置串口接受/發(fā)送緩沖區(qū)的大小,，使用VISAFlash I/O Buffer清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)?！　≡诖谑褂媒Y(jié)束后,，使用VISA Close結(jié)束與VISAresource name所指定串口間的會話。

　　該LabVIEW程序框圖中調(diào)用了一個叫做change的子VI程序,，該子VI程序的功能是將高低電平的脈沖寬度值,，轉(zhuǎn)換成定時器的初始值，并且拼湊成一個4個字節(jié)的16進制數(shù),，通過VISA Write模塊送入下位機,。該子VI的程序框圖如圖5所示。

在接收到數(shù)據(jù)后,，單片機有一條反饋的指令,，他將其緩沖區(qū)內(nèi)的值再次送回上位機，LabVIEW對該值進行顯示,，并可以和原來實際輸出的16進制數(shù)進行比較,。用戶可以很方便地知道，是否在上下位機通信中出現(xiàn)誤碼,。

　　圖6左側(cè)的倒三角表示從圖4(a)的VISA Read中接收到的值,，他與LabVIEW上一次顯示的值拼裝成一個完整的字符串，成為新的顯示值，在字符串顯示區(qū)顯示出來,。

4程序運行結(jié)果與驗證

　　程序的前面板界面如圖7所示,。

圖8是另一個程序的前面板，該程序可以將采樣率設(shè)定為50kHz的采集卡采集到的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上,。該屏幕顯示的是,，上位機程序發(fā)送欲產(chǎn)生高低電平均為0.6ms脈沖波的定時器初始值給下位機后，下位機產(chǎn)生的脈沖序列,。

上位機發(fā)送的16進制數(shù)為FDA8FDA8,，下位機準確接收后，反饋的值也為FDA8FDA8,。

　　根據(jù)采樣率為50kHz，即0.02ms采樣一次,，則在顯示波形圖中任選一次完整脈沖(如圖8所示)進行計算,，可以得到該次的低電平的持續(xù)時間為0.66ms，高電平的持續(xù)時間為0.68ms,。

這兩個數(shù)據(jù)的誤差可能是采集卡的采樣率誤差引起的,，或是單片機的定時器中斷服務(wù)程序的執(zhí)行周期產(chǎn)生的延時所造成的。

　　另外,，在上下位機的通信中,，也可能會產(chǎn)生誤碼，導致產(chǎn)生的波形不符合要求,。如果要一次性完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù),，則應該在上下位機間增加可糾錯的編碼和譯碼電路，否則,，可以選擇再次發(fā)送數(shù)據(jù),，當返回值與發(fā)送值一致時，才可認為發(fā)送成功,，產(chǎn)生的波形基本可以符合要求,。

　　5結(jié)語

　　本文用RS 232串行通信接口將計算機與單片機相連，組成一個可控脈沖發(fā)生器用于皮膚阻抗檢測,。上位機用LabVIEW編程,，產(chǎn)生的界面友好，操作方便,。這種可控脈沖發(fā)生器編程靈活,，不僅可以產(chǎn)生方波，還可以產(chǎn)生三角波,，正弦波等,，基本可以滿足實驗的要求。